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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用

新興媒體技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

摘要: 隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，信息技術(shù)的創(chuàng)新研究也越來(lái)越受到重視，而作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動(dòng)力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也隨之成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。作為人與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互作用的一種手段，人們將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的改變世界未來(lái)的重要技術(shù)。本文簡(jiǎn)單介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)涵、 特征、 類(lèi)型以及在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、 特征、 形式、 教育應(yīng)用

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)涵

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 它是由計(jì)算機(jī)生成的,通過(guò)視、 聽(tīng)、 觸覺(jué)等作用于使用者,使之產(chǎn)生身臨其境的交互式視景的仿真。它綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與模式識(shí)別、智能技術(shù)、傳感技術(shù)、語(yǔ)音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門(mén)科學(xué),是現(xiàn)代仿真技術(shù)的高級(jí)發(fā)展和突破,使用者借助必要的設(shè)備自然地與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響,從而產(chǎn)生親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn),使人機(jī)交互更加自然、和諧。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)三個(gè)最突出的特征是：交互性、沉浸感、構(gòu)想性。

1.交互性。也稱(chēng)互動(dòng)性，用戶(hù)根據(jù)各種已有線(xiàn)索做出反應(yīng)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)的具體行動(dòng)及時(shí)生成新的三維場(chǎng)景，然后將新的信息反饋給用戶(hù)。例如，用戶(hù)可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。

2.沉浸感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬出三維虛擬環(huán)境，理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該使用戶(hù)難以分辨真假，使用戶(hù)全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境

中，充分利用各種感官去聽(tīng)、察、嗅、觸，覺(jué)得自己是環(huán)境中的一部分，自然而然會(huì)產(chǎn)生一種沉浸于其中的強(qiáng)烈之感。

3.構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類(lèi)認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的形式

根據(jù)用戶(hù)參與形式和沉浸的程度不同，可以把各種類(lèi)型的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)劃分為以下的四種類(lèi)型：

1.桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶(hù)觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，通過(guò)各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕觀察360 度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體。常見(jiàn)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實(shí)等。

2.沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。高級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶(hù)有一種置身于虛擬境界之中的感覺(jué)。它利用頭盔式顯示器或其他設(shè)備，把參與者的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其他感覺(jué)封閉起來(lái)，提供一個(gè)新的、虛擬的感覺(jué)空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其他手控輸入設(shè)備、 聲音等使參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。常見(jiàn)的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。

3.增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它是把計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體或其他信息合成到用戶(hù)感知的真實(shí)世界中的一種系統(tǒng)，不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來(lái)增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受。既可減少構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的開(kāi)銷(xiāo)，又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作，達(dá)到了亦真亦幻的境界。 典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)。

4.分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。它是在因特網(wǎng)環(huán)境下，充分利用分布于各地的資源，協(xié)同開(kāi)發(fā)各種虛擬現(xiàn)實(shí)的利用，通常是沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展，把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過(guò)因特網(wǎng)連接起來(lái)，共同實(shí)現(xiàn)某種用途。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

從教育發(fā)展變革的過(guò)程看，紙和印刷術(shù)的出現(xiàn)、廣播和電視技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，都曾引起教育的飛躍。虛擬現(xiàn)實(shí)與教育相結(jié)合，也一定會(huì)引起教育的革命。虛擬現(xiàn)實(shí)是非線(xiàn)性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以逼真虛擬環(huán)境提供良好的人機(jī)交互功能，教學(xué)內(nèi)容組織安排特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)參與來(lái)構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生“被動(dòng)聽(tīng)講”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”，親身去經(jīng)歷、感受比抽象的說(shuō)教更具生動(dòng)性。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用如下：

（1）科研方面。當(dāng)前有些科學(xué)研究受到人力、物力等客觀條件限制，不能很好地開(kāi)展下去，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助科研人員順利地進(jìn)行科研。另外，我國(guó)高校在許多領(lǐng)域都利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)課題研究，如：北京航天航空大學(xué)在分布式飛行模擬方面的應(yīng)用；浙江大學(xué)在建筑方面進(jìn)行的虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

（2）虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、教師、學(xué)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。比如，在思想品德課教學(xué)中，學(xué)生可以與虛擬先進(jìn)人物一起座談、交流， 通過(guò)先進(jìn)人物言行來(lái)感化學(xué)生，從而達(dá)到思想品德教育目的。

（3）虛擬實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室是指由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類(lèi)適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室等。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)：功能全、成本低、避風(fēng)險(xiǎn)，打破空間、時(shí)間的限制。

（4）虛擬實(shí)訓(xùn)基地。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的虛擬實(shí)訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件” 多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時(shí)生成新設(shè)備，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)可以使學(xué)生在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演角色，有利于學(xué)生各種技能訓(xùn)練。如：虛擬飛機(jī)駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)， 學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機(jī)起飛、降落，通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練， 達(dá)到熟練掌握駕駛技術(shù)目的。

 五、案例分析與聯(lián)系實(shí)際

例如，一些非英語(yǔ)國(guó)家學(xué)習(xí)英語(yǔ)的情況，我國(guó)作為非英語(yǔ)國(guó)家學(xué)習(xí)英語(yǔ)的最大障礙就是沒(méi)有語(yǔ)言環(huán)境，我國(guó)母語(yǔ)為漢語(yǔ)，平時(shí)溝通交流也都是使用漢語(yǔ)，除了英語(yǔ)課堂以及各種英語(yǔ)考試，用到英語(yǔ)的情況少之又少，這樣學(xué)習(xí)英語(yǔ)就比較困難，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建外國(guó)情調(diào)模擬環(huán)境，引入虛擬人物，情境隨用戶(hù)需要而改變，可以真實(shí)的體驗(yàn)英語(yǔ)的環(huán)境，學(xué)習(xí)者與不同情景人物進(jìn)行交談、溝通。通過(guò)分布式網(wǎng)絡(luò)將不同的學(xué)習(xí)者連接起來(lái)，讓他們以各自角色在網(wǎng)絡(luò)舞臺(tái)自由發(fā)揮，從而大大提高學(xué)習(xí)者對(duì)英語(yǔ)的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率。我們的專(zhuān)業(yè)是小學(xué)教育，我認(rèn)為關(guān)于學(xué)習(xí)教師怎樣進(jìn)行課堂教學(xué)就是比較難的，光是看視頻、聽(tīng)理論，很難達(dá)到真正的實(shí)際的效果；另外，大部分老師們比較喜歡讓我們上講臺(tái)試講，但是畢竟還是和真正的小學(xué)課堂不一樣，面對(duì)班里一百多名同學(xué)還有老師，總是會(huì)很緊張，要不就是忘詞，

要不就會(huì)緊張到臉紅，甚至說(shuō)不出話(huà)來(lái)，把之前準(zhǔn)備好的教案打亂，甚至遺忘某些環(huán)節(jié)。我覺(jué)得就可以創(chuàng)建虛擬實(shí)訓(xùn)基地，讓我們?cè)谔摂M的環(huán)境中扮演教師的角色，有利于對(duì)我們教學(xué)的訓(xùn)練，可以把整個(gè)教學(xué)過(guò)程走下來(lái)，不至于出現(xiàn)在教室里試講的各種問(wèn)題，達(dá)到更好的效果；另外還可以在虛擬環(huán)境中扮演學(xué)生的角色，換位思考，體會(huì)學(xué)生的感受，從學(xué)生的角度思考各種問(wèn)題，有利于處理各種常見(jiàn)問(wèn)題。

六、 小結(jié)

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視，從事虛擬現(xiàn)實(shí)研究的人也越來(lái)越多，各種開(kāi)發(fā)軟件也越來(lái)越成熟。相信在近幾年內(nèi)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)有更大的發(fā)展并得到廣泛的應(yīng)用。

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